Title: Infokommunik
1Infokommunikációs rendszerek 11. eloadásRádiós
adathálózatokRadio based data networksBluetooth,
ZigBee, WiFi, 4G, HSPA, WiMAX,
2PótzárthelyiWritten test No2.
- 7th December 11.00 AM Neumann room
- december 7. 11.00 órakor(d.e.) Neumann terem
- Topics
- 1-11 Lessons
- 1-11.eloadások anyaga
3NEPTUN vizsgaidopontok
- dec. 16. szerda 1000
- dec. 16. szerda 1300
- jan. 7. csütörtök 1000
- jan. 7. csütörtök 1300
- jan. 13. szerda 1000
- jan. 13. szerda 1300
- jan. 27. szerda 1000
- jan. 27. szerda 1300
- alkalmanként max. 8 fo
- szóbeli vizsga, angol nyelven
- 408. szoba
4Közös ismétlés
- Az átviteli közeg (levego is) analóg jelek
átvitelére alkalmas - A digitális jeleket modulációs technikákkal kell
az átviteli közegre illeszteni - Amplitúdó billentyuzés / ASK
- Frekvencia billentyuzés /FSK
- Fázis moduláció / PSK / BPSK / QPSK
- Kombinált moduláció / QAM / 16QAM /64QAM
50
0
0
0
0
0
1
1
1
ASK
FSK
PSK
6Digital modulation methods Qadrature Phase Shift
Keying (QPSK)
7Digital modulation methods Qadrature Phase Shift
Keying (QPSK)
8Digital modulation methods Qadrature Amplitude
Modulation (QAM)
- Two carriers sine wave (Q) and cosine wave (I)
- The modulated signal is the sum of the two
components - Different amplitude and differnt phase values for
one symbol - 16QAM means one symbol is four bits
9Digital modulation methods Qadrature Amplitude
Modulation (16QAM)
10Digital modulation methods Qadrature Amplitude
Modulation with channel noise
11The Spread Spectrum Concept
12General Model of Spread Spectrum Digital
Communication System
13Frequency-Hopping Spread Spectrum FHSS
14FHSS
- A number of channels are allocated for FH
- The transmitter operates in one channel at a time
for fixed time interval (Tc) - During that interval, some number of bits or a
fraction of a bit are transmitted (signal
elements) - The time interval of signal elements Ts
- The sequence of the channels used is dictated by
spreading code - Both transmitter and receiver use the same code
to tune into a sequence of channels in
synchronisation
15Slow FHSS using Multi Frequency Shift Keying
TcgtTs (in this case 4 subfrequencies for 2 bits)
16Fast FHSS using Multi Frequency Shift Keying
TcltTs (in this case 4 subfrequencies for 2 bits)
17Ki találta fel a leglényegesebb elemeket?Who was
the inventor of the most important elements?
18(No Transcript)
19Example of Direct Sequence Spread Spectrum DSSS
20WPAN Wireless Personal Access Networks lt
10m WLAN Wireless Local Area Networks lt
150m WMAN -- Wireless Metropolitan Network lt
50km WAN -- Wireless Access Network Large,
nationwide
21The IEEE 802 Wireless Space
WWAN
IEEE 802.22
IEEE 802.20
WMAN
WiMax IEEE 802.16
Range
WLAN
WiFi 802.11
ZigBee 802.15.4 15.4c
802.15.3 802.15.3c
Bluetooth 802.15.1
WPAN
0.01
0.1
1
10
100
1000
ZigBee standard uniquely fills a gap for low data
rate applications
Data Rate (Mbps)
22Basic Radio Characteristics
ZigBee technology relies upon IEEE 802.15.4,
which has excellent performance in low SNR
environments
23WPAN (Wireless Personal Access Network, Rádiós
személyi hozzáférési hálózat)
- Short distance radio communication among devices
- Distance is less then 10m.
- Typical standard IEEE 802.15.
- Typical solution Bluetooth, ZigBee
24What does Bluetooth do for me?
25Usage scenarios Headset
- User benefits
- Multiple device access
- Cordless phone benefits
- Hands free operation
Wireless Freedom
26Usage scenarios Synchronization
- User benefits
- Proximity synchronization
- Easily maintained database
- Common information database
Sharing Common Data
27Usage scenarios Data access points
- User benefits
- No more connectors
- Easy internet access
- Common connection experience
Remote Connections...
28Bluetooth characteristics
- Operates in the 2.4 GHz band at a data rate of
720Kb/s. - Uses Frequency Hopping (FH) spread spectrum,
which divides the frequency band into a number of
channels (2.402 - 2.480 GHz yielding 79
channels). - Radio transceivers hop from one channel to
another in a pseudo-random fashion, determined by
the master. - Supports up to 8 devices in a piconet (1 master
and 7 slaves). - Piconets can combine to form scatternets.
29What is a Piconet?
- A collection of devices connected in an ad hoc
fashion. - One unit will act as a master and the others as
slaves for the duration of the piconet
connection. - Master sets the clock and hopping pattern.
- Each piconet has a unique hopping pattern/ID
- Each master can connect to 7 simultaneous or 200
inactive (parked) slaves per piconet
M
S
P
SB
S
S
P
MMaster SSlave
PParked SBStandby
30What is a Scatternet?
- A Scatternet is the linking of multiple
co-located piconets through the sharing of common
master or slave devices. - A device can be both a master and a slave.
- Radios are symmetric (same radio can be master or
slave) - High capacity system, each piconet has maximum
capacity (720 Kbps)
MMaster SSlave
PParked SBStandby
31Bluetooth Architecture
32Baseband link types
- Polling-based (TDD) packet transmissions
- 1 slot 0.625msec (max 1600 slots/sec)
- master/slave slots (even-/odd-numbered slots)
- Synchronous connection-oriented (SCO) link
- circuit-switched, periodic single-slot packet
assignment - symmetric 64Kbps full-duplex
- Asynchronous connection-less (ACL) link
- packet switching
- asymmetric bandwidth, variable packet size (1,3,
or 5 slots) - max. 721 kbps (57.6 kbps return channel)
- 108.8 - 432.6 kbps (symmetric)
33Security Key generation and usage
PIN
User Input (Initialization)
PIN
E2
E2
(possibly) Permanent Storage
Link Key
Link Key
E3
E3
Temporary Storage
Encryption Key
Encryption Key
34The IEEE 802 Wireless Space
WWAN
IEEE 802.22
IEEE 802.20
WMAN
WiMax IEEE 802.16
Range
WLAN
WiFi 802.11
ZigBee 802.15.4 15.4c
802.15.3 802.15.3c
Bluetooth 802.15.1
WPAN
0.01
0.1
1
10
100
1000
ZigBee standard uniquely fills a gap for low data
rate applications
Data Rate (Mbps)
35ZigBee Alliance Owerview
- Organized as an independent, neutral, nonprofit
corporation in 2002 - Open and global
- Anyone can join and participate
- Membership is global
- Activity includes
- Specification creation
- Certification and compliance programs
- Branding, market development, and user education
36ZigBee Applications
CONSUMER ELECTRONICS
BUILDING AUTOMATION
security HVAC AMR lighting control access control
TV VCR DVD/CD remote
ZigBee Wireless Control that Simply Works
PC PERIPHERALS
PERSONAL HEALTH CARE
patient monitoring fitness monitoring
mouse keyboard joystick
TELECOM SERVICES
HOME CONTROL
INDUSTRIAL CONTROL
asset mgt process control environmental energy
mgt
security HVAC lighting control access
control irrigation
m-commerce info services object interaction
(Internet of Things)
37Basic Network Characteristics
- 65,536 network (client) nodes
- 27 channels over 2 bands
- 250Kbps data rate
- Optimized for timing-critical applications and
power management - Full Mesh Networking Support
38Basic Radio Characteristics
ZigBee technology relies upon IEEE 802.15.4,
which has excellent performance in low SNR
environments
39ZigBee Mesh Networking
Slide Courtesy of
40ZigBee Mesh Networking
Slide Courtesy of
41ZigBee Mesh Networking
Slide Courtesy of
42ZigBee Mesh Networking
Slide Courtesy of
43ZigBee Stack Architecture
Application
ZDO
Device management Device discovery Service
discovery
App Support (APS)
SSP
Security functions
NWK
Network organization Route discovery Message
relaying
Device binding Messaging
44ZigBee Device Types
- ZigBee Coordinator (ZC)
- One required for each ZB network.
- Initiates network formation.
- ZigBee Router (ZR)
- Participates in multihop routing of messages.
- ZigBee End Device (ZED)
- Does not allow association or routing.
- Enables very low cost solutions
45ZigBee Network Topologies
Mesh
Star
ZigBee Coordinator
ZigBee Router
Cluster Tree
ZigBee End Device
46Some Application Profiles
- Home Automation HA
- Defines set of devices used in home automation
- Light switches
- Thermostats
- Window shade
- Heating unit
- etc.
- Industrial Plant Monitoring
- Consists of device definitions for sensors used
in industrial control - Temperature
- Pressure sensors
- Infrared
- etc.
47Interoperability Summary
Interop capable starting point
Public application interop
Manufacturer Specific application interop
Network interop
ZigBee Manufacturer Specific Application Profiles
ZigBee Compliant Platform ZCP
ZigBee Public Application Profiles
- Devices built on ZigBee interoperate on different
levels - Wide spectrum of interoperability choices
- Its a designer choice on level of vendor
interoperability to support
48RLAN (Radio LAN, Rádiós helyi hálózat más néven
WLAN)
- In-door communication
- Distance 150 m or less
- LAN (Local Area Network, Helyi hálózat)
Communication of near computers or devices by
radio - WiFi (Wireless Fidelity) Commercial name of
RLAN fit to IEEE 802.11 standard operating in
frequency band 2,4 GHz (2400 2483,5 MHz) or in
band 5,6 GHz
49(No Transcript)
50(No Transcript)
51The 802.11 Architecture
- User Stations (laptop PCs and PDAs)
- Access Points (APs)
- Backbone Network (Distribution System, DS)
- The User Stations competing for access over a
shared medium is termed the Basic Service Set
(BSS). - Two or more of these BSSs are interconnected by
a DS network. - The complete set of BSSs and the interconnecting
network are termed an extended service set (ESS).
52Extended Service Set Architecture
Server
Distribution Network
Access Point 1
Access Point 2
RF Access
RF Access
Station 1
Station 2
Station 4
Station 3
Basic Service Set 2
Basic Service Set 1
53- Traditional WiFi structure
- Cellular network BSS
- Controlled by AP (Access Point)
- Interconnected by wires
- 802.11.s WiFi structure
- meshed radio interconnection
- traffic dependent routing
54(No Transcript)
554x2 and 4x1 MU-MIMO application Several users can
be served simultaneously in the same frequency
band.
56Frequency regulation in Hungary
- Az egyedi engedélyezési kötelezettség alóli
mentesség egyúttal a frekvenciadíj alóli
mentességet is jelenti. Using of WiFi bands is
free from individual licensing and no frequency
fee. - Az egyedi engedélyezési kötelezettség alóli
mentesség estén is be kell tartani a sávhasználat
muszaki normáit, mindenek elott a kisugárzásra
eloírt teljesítmény korlátozást. In the case of
free frequency usage the technical specifications
have to be considered, especially the
transmission power limits.
57A frekvenciahasználat szabályozása Magyarországon
58A frekvenciahasználat szabályozása Magyarországon
- 2,4 GHz-es sávú RLAN használat
- Frekvenciasáv 2400 2483,5 MHz
- a) A sáv általános használata és zavarviszonyai
- A sávot kijelölték ipari, tudományos és orvosi
eszközök muködtetésére. - Az ipari használat jellegzetes példája az a
nagyszámú háztartási mikrohullámú süto, ami a 2,4
GHz-es sávban muködik. Az ipari berendezések
mikrohullámú zavarkisugárzása a sávhasználat
alapveto meghatározója. - A 2,4 GHz-es sávot kijelölték továbbá kis
hatótávolságú eszközök (távirányítók, riasztók,
stb.) muködtetésére. Ezek az eszközök tovább
növelik a nem ellenorízheto zavarszintet. - Ebben a kisugárzásokkal erosen terhelt
frekvenciasávban megengedett a kis hatótávolságú
rádiótávközlés is. Tudatában kell azonban lenni
annak, hogy a távközlo eszközök muködtetése során
mindig lehet zavaró interferenciára számítani.
59A frekvenciahasználat szabályozása Magyarországon
- A távközlési sávhasználat prioritási foka
harmadlagos. Ez azt jelenti, hogy a berendezések
nem tarthatnak igényt interferenciavédelemre más
eszközök zavarásával szemben. - A 2,4 GHz-es távközlés az egyszeruség és könnyu
megvalósíthatóság miatt népszeru. Az elterjedt
használat és az állomások nagy száma
következtében mostanra már a 2,4 GHz-es
távközlési összeköttetések kölcsönös egymásra
hatása vált a zavarok elsodleges okozójává.
60A frekvenciahasználat szabályozása Magyarországon
- 2,4 GHz-es sáv távközlési használata
- A sávhasználatot meghatározó muszaki szabályozás
csak a kötelezoen betartandó teljesítményszinteket
limitálja, az alkalmazott technológiára nem tesz
megkötést, tehát technológia-semleges. Az
eloírások betartása mellett bármilyen
rádiótávközlési átviteli alkalmazás
megvalósítható. - A teljesítmény-korlátozási eloírásból adódóan a
2,4 GHz-es távközlési alkalmazások általában 150
m-nél kisebb távolságú átvitelre használhatók
elonyösen. Jellegzetes alkalmazások
61IEEE 802.11 szabvány eloírásai2.4 GHz
62(No Transcript)
63(No Transcript)
64The 802.11 Architecture
- User Stations (laptop PCs and PDAs)
- Access Points (APs)
- Backbone Network (Distribution System, DS)
- The User Stations competing for access over a
shared medium is termed the Basic Service Set
(BSS). - Two or more of these BSSs are interconnected by
a DS network. - The complete set of BSSs and the interconnecting
network are termed an extended service set (ESS).
65Extended Service Set Architecture
Server
Distribution Network
Access Point 1
Access Point 2
RF Access
RF Access
Station 1
Station 2
Station 4
Station 3
Basic Service Set 2
Basic Service Set 1
66Media Access Control (MAC)
- MAC is mandatory for all stations
- MAC is to assemble data into a frame including
local address and error detection field - MAC checks the frame address, perform error
correction on the frame, disassemble the frame
and passes it to the Logical Link Control. - The LLC identifies higher layer programs to
handle the data and provides and interface to
these higher-layer programs while perform flow
and error control.
67Collision Avoidance Approach
- The access method differs from the wired
Ethernets CSMA/CD (Carrier Sensing Media Access
and Collision Detection) operation. - 802.11 networks use a collision avoidance
approach (CSMA/CA) - Collisions are avoided rather than detected.
- This avoidance approach requires each station to
listen for transmission from the others. - If the channel is idle, this indicates that no
one else is currently transmitting and thus the
station can now transmit.
68Timing and Power
- All station clocks within a BSS are synchronized
by means of the periodic transmission of a time
stamped beacon signal received from the APs. - Stations employ two power-saving modes the awake
and doze modes. - In the awake mode, stations are fully powered and
can receive packets at any time. - Stations must inform the AP before entering the
doze mode. - In the doze mode, stations cannot receive
packets. - Each stations wake up periodically to listen for
bacon signals to indicate whether the AP have
messages for it.
69Beaconing
- Every 100 ms, all APs send out a 50 byte frame
containing an ID for its specific WLAN and a time
stamp that is used by all stations that intend to
access the network and transmit through a
wireless AP. - The time stamp is used to synchronize each
stations local clock. - The beacon message includes the speeds supported
by the AP and the supported modulation technique. - The User Stations listen to all the beacons
received on every channel from a number of APs in
the building and choose the one that has the
strongest signal.
70Two Way Access and Transmission Sequence
(It is not uncommon for transmitted frames not to
be successfully received due to the errors in the
over-the-air transmission and competing signals.)
Data Transfer
Acknowledgement of Transfer
Data Transfer
Acknowledgement of Transfer
Receiving Access Point
Sending Station
71Four Way Access and Transmission Sequence
(used to further ensure transmission reliability)
Request to Send
Clear to Send
Data Transfer
Acknowledgement of Transfer
Receiving Access Point
Sending Station
Request to send message containing a source
address, destination address, duration of the
transaction
Clear to send message containing the same
information or a denial message
72Media Access Methods for Control of Access to the
Network
- The distributed access control where each mobile
unit makes access decision independently - The centralised decision making (polling)
approach where a central access protocol controls
which stations can access the network by means of
a centralized polling mechanism
73Kell-e WiFi berendezést tervezni?
74- The chipset includes
- AR2112 Radio-on-a-Chip for 2.4 GHz WLAN
- Support for IEEE 802.11b, 802.11g
- Operates from 2.300 - 2.500 GHz
- Advanced wideband receiver with best path
sequencer for better range and multipath
resistance than conventional equalizer-based
designs - Integrated third-generation power amplifier (PA)
and low-noise amplifier (LNA) - External PA and/or LNA can be used for special
applications - Eliminates all IF filters and most RF filters no
external voltage-controlled oscillators (VCOs) or
surface acoustic wave (SAW) filters needed - Enhanced transmit and receive chains
75WiFi certification labels
76AR5212 Multiprotocol MAC/baseband processor
Supports both 2.4 GHz and 5 GHz RoCs Super AG
mode includes dynamic 108 Mbps capability,
real-time hardware data compression, dynamic
transmit optimization and standards-compliant
bursting No external FLASH or RAM memory needed
PCI 2.3 and PC Card 7.1 host interfaces with DMA
support Integrated analog-to-digital and
digital-to-analog converters Serial EEPROM,
LEDs, GPIOs peripheral interfaces Low power
operational and sleep modes
77T-Mobile 3G hálózatán biztosított
internetszolgáltatása esetén az esetek 80-ában a
3G-technológiával elérheto minimum sebesség
letöltés esetén 0,15 Mbit/s, feltöltés esetén
0,15 Mbit/s.
78T-mobil coverage map
79(No Transcript)
80(No Transcript)
81(No Transcript)
82(No Transcript)
83Dynamic Control of HS-DSCH Transmission
Parameters I.
- HSDPA handsets take measurements of the downlink
physical channel quality, and transmit the
channel quality indicator (CQI) in the uplink
control channel to the WCDMA basestation (called
Node B in UMTS). - dynamically varies the number of physical
channels, the modulation scheme and the code
rate. - The Node B calculates these parameters based on
the CQI (channel Quality Indicator) values it
receives from the mobile device. - When channel conditions deteriorate, the
modulation scheme drops from 16QAM to QPSK, the
number of physical channels used can be decreased
and the effective code rate can be reduced
through lower puncturing rates.
84Dynamic Control of HS-DSCH Transmission
Parameters II.
- to vary the data rate sent to the mobile device
in response to changes in the channel quality
removes the need for the HS-PDSCHs channels to be
power controlled. - The CQIs also enable the Node B to optimize the
transmission to every user. An opportunistic
scheduling algorithm can use the CQIs to transmit
at the highest data rate to the users with the
best channel quality.
85WMAN (Wireless MAN, Rádiós MAN)
- MAN rendszer rádiós megoldása.
- MAN (Metropolitan Area Network, Városi hálózat)
Olyan számítógépes hálózat, amelynek lefedési
területe egy nagyváros méretével összevetheto. - WMAN-t megvalósító szabványok
- IEEE 802.16, valamint
- ETSI HiperMAN
- Mindkét szabványnak van olyan alesete, ami nem
elégíti ki a WiMAX követelményeket (pl. IEEE
802.16a) és van olyan alesete, ami teljesíti a
WiMAX-profil eloírásait - Jellegzetes átviteli távolság 50 km vagy nagyob
86WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave
Access Világméretben csereszabatos mikrohullámú
hozzáférés)
- Olyan WMAN, amire a csereszabatosságot biztosító
u.n. WiMAX-profil teljesül, és a kijelölt
laboratórium tanúsítványt ad. - Az IEEE 801.16d, IEEE 801.16-2004 és IEEE 802.18e
szabványoknak megfelelo berendezéseknél megvan
annak a lehetosége, hogy teljesítsék a
WiMAX-profil eloírásokat - Az ETSI HiperMAN szabványnak is van olyan
opciója, ami lehetové teszi a WiMAX követelmények
teljesítését. - WiMAX-profil -- Azon járulékos tulajdonságok
együttese, amelyekkel valamely WMAN rendszernek
rendelkeznie kell, hogy teljesítse a WiMAX
minosítéshez szükséges muszaki feltételeket. - A WiMAX-profil paramétereit a WiMAX Fórum
nemzetközi szervezet határozza meg.
87(No Transcript)
883,5 GHz-es sávú WMAN és WiMAX használat
- Frekvenciasávok 3410 3494 MHz és 3510 3594
MHz - A sávhasználat szabályai
- A 3,5 GHz-es frekvenciasáv állandó és változó
telephelyu pont-többpont struktúrájú digitális
rádiórendszerek céljára használható. A
pont-többpont rendszer terminál állomásai jelen
esetben csakis végfelhasználói terminálok
lehetnek. A frekvenciasáv nem használható mobil
infrastruktúra céljára, tehát mobil távközlo
rendszerek (pl. mobil telefon rendszerek, vagy
RLAN hálózatok) bázisállomásait ilyen módon nem
szabad összekapcsolni más állomásokkal a mobil
távközlo rendszer muködtetése végett. - A 3,5 GHz-es sáv FDD használatú, 5 darab
kétirányú (duplex) blokkra van felosztva. Az
egyenként 14 MHz-es sávszélességu blokkok között
3,5 MHz-es szélességu szétválasztás van
89(No Transcript)
90A sáv szabályozási státusza
- A pont-többpont rendszerek központi állomásai
egyedi engedélyeztetésre kötelezettek. A
frekvenciahasználati jogosultsággal rendelkezok a
központi állomásokat egyedi rádióengedély
birtokában üzemeltethetik. Ugyancsak egyedi
engedélyre kötelezett az átjátszó állomások
üzemeltetése. A p-mp rendszerek terminál
állomásai nem engedély-kötelezettek és
bejelentésre, nyilvántartásba vételre sincsenek
kötelezve. - (2) A 3,5 GHz-es sávú pont-többpont állomások az
állandóhelyu rádiószolgálat keretében muködnek, a
rádióalkalmazási prioritás elsodleges. Ez nem
csak fix telepítésu, hanem hordozható
(portabilis) terminálokra is érvényes, amelyekre
azért állandó helyuek, mert muködés közben nem
mozognak. Hordozható terminálokkal u.n.
nomadikus hozzáférés valósítható meg.
91(No Transcript)
92WMAN és WiMAX a 3,5 GHz-es sávban
- A 3,5 GHz-es pont-többpont rádióstruktúra
használata technológia-független. Így lehetoség
van arra is, hogy a p-mp hálózatok az IEEE 802.16
szabvány, illetve az ETSI HiperMAN szabvány
szerint valósuljanak meg. Ilyen módon a 3,5
GHz-es sávban a jogosultak WMAN hálózatokat is
létrehozhatnak. - A 3,5 GHz-es sáv WiMAX-sávként van deklarálva. A
profil-követelmények teljesülése esetén WiMAX is
létrehozható. - A 3,5 GHz-es WMAN és WiMAX muködés csakis FDD
duplexitású lehet. - Minthogy a 3,5 GHz-es sáv engedélyköteles, ezért
az itt megvalósított WMAN és WiMAX hálózatok is
engedély kötelesek. Éppen ebben rejlik a 3,5
GHz-es WiMAX használat nagy jelentosége. Minoségi
garancia ugyanis szabad hozzáférésu sávra nem
biztosítható, ehhez engedélyköteles
frekvenciasávra van szükség. - A 3,5 GHz-es WiMAX rendszerek egyaránt lehetnek
fixen telepítettek, vagy nomadikusak
93(No Transcript)
94(No Transcript)
95(No Transcript)
96(No Transcript)
97(No Transcript)
98(No Transcript)
99Hasznos linkek
- http//www.ieee802.org/16/docs/02/C80216-02_05.pdf
- http//www.ieee802.org/16/tutorial/
- http//802.11-security.com/general/links
http//www.oreillynet.com/lpt/a/5863 - http//digitus.itk.ppke.hu/takacsgy/winternet.pdf
- http//digitus.itk.ppke.hu/takacsgy/umts.pdf
- http//digitus.itk.ppke.hu/takacsgy/802.11b-1999.
pdf - http//digitus.itk.ppke.hu/takacsgy/802.11-1999.p
df - http//digitus.itk.ppke.hu/takacsgy/802.11g-2003.
pdf